JP6473699B2 - Imaging apparatus and imaging method - Google Patents

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Description

本発明は、圧力波を結像するために試料を励起する励起モジュールと、生成された圧力波を検出するための音響モジュールと、音響モジュールのデータに基づいて音響画像を確定する制御モジュールとを備えた撮影装置に関する。   The present invention includes an excitation module that excites a sample to image a pressure wave, an acoustic module for detecting the generated pressure wave, and a control module that determines an acoustic image based on data of the acoustic module. The present invention relates to a provided photographing apparatus.

励起モジュールは、例えば試料（またはその一部）をレーザ・パルス（例えばナノ秒パルス）で照明することができる。導入される光エネルギーの少なくとも一部は試料内の組織によって吸収され、その結果、局部加熱およびそれに続く熱弾性膨張が生じることによって、音波が生じる。この音波は音響モジュールを用いて検出されるので、局所分解画像を生成するために使用することができる。   The excitation module can, for example, illuminate the sample (or a portion thereof) with a laser pulse (eg, a nanosecond pulse). At least a portion of the introduced light energy is absorbed by the tissue in the sample, resulting in local heating and subsequent thermoelastic expansion, resulting in sound waves. Since this sound wave is detected using an acoustic module, it can be used to generate a locally resolved image.

このように生成された音響画像には、例えば試料と試料を包囲する媒体との間の境界における検出対象の音波の屈折に起因するアーチファクトが含まれていることがある。また、例えば組織種類の相違による試料内部の不均質性を原因として、生成された音響画像においてアーチファクトが生じ得る。   The acoustic image generated in this way may include artifacts due to, for example, refraction of the sound wave to be detected at the boundary between the sample and the medium surrounding the sample. Also, artifacts may occur in the generated acoustic image due to, for example, inhomogeneities inside the sample due to differences in tissue type.

これを踏まえて、本発明は、確定された音響画像が有するアーチファクトを極力低減した、冒頭で言及した種類の撮影装置を提供することを課題とする。また、これに対応する撮影方法も提供される。   In view of this, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus of the type mentioned at the beginning, in which artifacts of a confirmed acoustic image are reduced as much as possible. An imaging method corresponding to this is also provided.

本発明によれば、圧力波を放出させるために試料を励起する励起モジュールと、生成された圧力波を検出するための音響モジュールと、音響モジュールのデータに基づいて音響画像を確定する制御モジュールとを備えた撮影装置によって上記の課題が解決される。この撮影装置は、試料を光学的に結像するための結像モジュールをさらに備えており、制御モジュールが、試料の光学的結像に基づいて、試料境界および試料内部の１つのセグメント境界（もしくは複数のセグメント境界）のうちの少なくとも一方を特定し、特定された試料境界および１つもしくは複数のセグメント境界のうちの少なくとも一方を音響画像の確定の際に考慮する。「試料境界および１つのセグメント境界もしくは複数のセグメント境界のうちの少なくとも一方」は、ここでは特に、試料境界もしくはセグメント境界の全体、または試料境界およびセグメント境界のうちの少なくとも一方の一部のみを意味する。   According to the present invention, an excitation module for exciting a sample to emit a pressure wave, an acoustic module for detecting the generated pressure wave, and a control module for determining an acoustic image based on data of the acoustic module, The above-mentioned problem is solved by a photographing apparatus equipped with the above. The imaging apparatus further includes an imaging module for optically imaging the sample, and the control module is configured to control the sample boundary and one segment boundary (or inside the sample) based on the optical imaging of the sample. At least one of the plurality of segment boundaries), and at least one of the identified sample boundary and one or more segment boundaries is taken into account when determining the acoustic image. “Sample boundary and one segment boundary or at least one of a plurality of segment boundaries” here means in particular the entire sample boundary or segment boundary or only a part of at least one of the sample boundary and segment boundary To do.

この試料境界および１つもしくは複数のセグメント境界のうちの少なくとも一方の光学的確定によって、音響画像の確定の際にこの境界を（例えば、適切な計算アルゴリズムにおいて）考慮することができるので、生成される局所分解音響画像においてアーチファクトを低減することができる。   Optical determination of at least one of the sample boundary and one or more segment boundaries is generated so that this boundary can be taken into account (eg, in a suitable computational algorithm) when determining the acoustic image. Artifacts can be reduced in locally resolved acoustic images.

特に、制御モジュールは、２次元の光学的撮影または３次元の光学的撮影に基づいて、試料境界および１つもしくは複数のセグメント境界のうちの少なくとも一方を特定してもよい。   In particular, the control module may identify at least one of the sample boundary and the one or more segment boundaries based on two-dimensional optical imaging or three-dimensional optical imaging.

また、制御モジュールは、特定された試料境界および１つもしくは複数のセグメント境界のうちの少なくとも一方を、音響画像を確定するために使用される試料の音響伝搬モデルにおいて考慮してもよい。   The control module may also consider at least one of the identified sample boundary and one or more segment boundaries in the acoustic propagation model of the sample used to determine the acoustic image.

それにより、音響画像におけるアーチファクトを低減することが可能になる。
光学的結像のための結像モジュールは、従来の顕微鏡の場合と同様に構成されていてもよい。特に、撮影装置は試料を照明するための照明モジュールをも備えていてもよい。照明モジュールもまた従来の光学顕微鏡の場合と同様に構成されていてもよい。 Thereby, artifacts in the acoustic image can be reduced.
The imaging module for optical imaging may be configured in the same way as in a conventional microscope. In particular, the imaging device may also include an illumination module for illuminating the sample. The illumination module may also be configured as in the case of a conventional optical microscope.

特に、光学的撮影のために、例えば、透過光顕微鏡法、入射光顕微鏡法、光学投影断層撮影法、および光学的断面撮影のための光シート照明を用いた顕微鏡法のうちの少なくとも一つ等の、あらゆる既知の光学画像作成技術を適用することができる。その際、例えば位相コントラスト、蛍光コントラスト、および吸収コントラストのうちの少なくとも一つを利用することができる。   In particular, for optical imaging, for example, at least one of transmission light microscopy, incident light microscopy, optical projection tomography, and microscopy using light sheet illumination for optical cross-section imaging, etc. Any known optical imaging technique can be applied. In this case, for example, at least one of phase contrast, fluorescence contrast, and absorption contrast can be used.

結像モジュールは、例えばレーザ走査顕微鏡として構成されていてもよい。
また、結像モジュールは対物レンズを備えていてもよい。対物レンズは特に液浸対物レンズであってもよい。 The imaging module may be configured as a laser scanning microscope, for example.
Further, the imaging module may include an objective lens. The objective lens may in particular be an immersion objective lens.

励起モジュールは、圧力波を生成するために試料に電磁放射線を当てるように構成されていてもよい。特に、光学的結像のための結像モジュールを介して励起を実施してもよい。   The excitation module may be configured to irradiate the sample with electromagnetic radiation to generate a pressure wave. In particular, excitation may be performed via an imaging module for optical imaging.

音響モジュールの圧力センサが励起モジュールの一部であり、試料に向けられた音波を生成するために使用されることも考えられる。
本発明による撮影装置では、結像モジュールが対物レンズを備えていてもよい。この対物レンズは、光学的に利用される中央領域を画定する試料側の前部レンズを含んでおり、音響モジュールは、対物レンズの光軸の方向に見て、この光学的に利用される中央領域を覆わないように対物レンズの試料側端部の領域に配置されるとともにその内径が選定されているリング状の圧力センサを備えている。 It is also conceivable that the pressure sensor of the acoustic module is part of the excitation module and is used to generate a sound wave directed at the sample.
In the photographing apparatus according to the present invention, the imaging module may include an objective lens. The objective lens includes a front lens on the sample side that defines an optically utilized central region, and the acoustic module is viewed in the direction of the optical axis of the objective lens in the optically utilized central area. A ring-shaped pressure sensor is provided which is arranged in the region of the sample side end portion of the objective lens so as not to cover the region and whose inner diameter is selected.

光学的に利用される中央領域が圧力センサによって覆われないので、このような撮影装置では光学的検出が影響を受けないことが達成されるという利点がある。他方では、対物レンズの試料側端部の領域における圧力センサの配置によって、圧力センサと試料との間の必要な音響結合を確実にもたらすことができる。   Since the optically utilized central region is not covered by the pressure sensor, such an imaging device has the advantage that optical detection is not affected. On the other hand, the placement of the pressure sensor in the region of the sample side end of the objective lens can ensure the necessary acoustic coupling between the pressure sensor and the sample.

圧力センサは減衰体に固定されており、この減衰体がさらに鏡筒に固定されていてもよい。それにより、鏡筒における望ましくない音波反射が低減され得る。
また、圧力センサを対物レンズから離間して配置することも可能である。これは特に、圧力センサと対物レンズとの間に直接的な接続が存在しない配置を意味する。例えば、圧力センサをカバー・ガラスまたはスライド・ガラスに配置してもよい。圧力センサを試料室の壁部に配置することも可能である。 The pressure sensor is fixed to the attenuation body, and this attenuation body may be further fixed to the lens barrel. Thereby, undesirable sound wave reflection in the lens barrel can be reduced.
It is also possible to dispose the pressure sensor away from the objective lens. This in particular means an arrangement in which there is no direct connection between the pressure sensor and the objective lens. For example, the pressure sensor may be placed on a cover glass or a slide glass. It is also possible to arrange the pressure sensor on the wall of the sample chamber.

本発明による撮影装置では、対物レンズは鏡筒を備えていてもよく、圧力センサが鏡筒に固定されていてもよい。それにより、非常にコンパクトな構造が実現される。
圧力センサは圧電セラミック・トランスデューサを備えていてもよい。このようなトランスデューサを用いれば、正確な音波検出が可能である。 In the photographing apparatus according to the present invention, the objective lens may include a lens barrel, and the pressure sensor may be fixed to the lens barrel. Thereby, a very compact structure is realized.
The pressure sensor may comprise a piezoceramic transducer. If such a transducer is used, accurate sound wave detection is possible.

また、圧力センサは光学的に検出可能な特性を備えていてもよい。
対物レンズは液浸対物レンズとして構成されていてもよい。それにより、液浸媒体を圧力センサとも接触させることができるので、良好な光結合が可能になる。 Further, the pressure sensor may have a characteristic that can be detected optically.
The objective lens may be configured as an immersion objective lens. Thereby, since the immersion medium can be brought into contact with the pressure sensor, good optical coupling is possible.

励起モジュールは、圧力波を生成するために試料に電磁放射線を当てるように構成されていてもよい。電磁放射線は特に、３００ｎｍから３μｍ、好ましくは３００ｎｍから１３００ｎｍ、３００ｎｍから１０００ｎｍ、３００ｎｍから７００ｎｍ、７００ｎｍから３μｍ、７００ｎｍから１３００ｎｍ、または７００ｎｍから１０００ｎｍの範囲からの放射線であってもよい。特に、電磁放射線はパルス状のレーザ放射線である。パルス長はナノ秒の範囲であってもよい。   The excitation module may be configured to irradiate the sample with electromagnetic radiation to generate a pressure wave. The electromagnetic radiation may in particular be radiation from a range of 300 nm to 3 μm, preferably 300 nm to 1300 nm, 300 nm to 1000 nm, 300 nm to 700 nm, 700 nm to 3 μm, 700 nm to 1300 nm, or 700 nm to 1000 nm. In particular, the electromagnetic radiation is pulsed laser radiation. The pulse length may be in the nanosecond range.

圧力センサは励起モジュールの一部であり、試料に向けられた音波を生成するために使用されてもよい。この場合、圧力センサは、圧力波または音波を生成するため、および試料から戻ってくる音波応答を検出するために使用される。   The pressure sensor is part of the excitation module and may be used to generate a sound wave directed at the sample. In this case, the pressure sensor is used to generate a pressure wave or sound wave and to detect a sound wave response returning from the sample.

本発明による撮影装置は、顕微鏡として構成されていてもよく、顕微鏡を運用するための当業者に知られているさらなるユニットおよびモジュールを含んでいてもよい。
上記の課題はさらに、圧力波を放出させるために試料を励起し、生成された圧力波を検出し、検出された圧力波に基づいて音響画像を確定する撮影方法によって解決される。この方法では、試料の光学的結像をさらに実施し、試料の光学的結像に基づいて試料境界および試料内部の１つのセグメント境界（もしくは複数のセグメント境界）のうちの少なくとも一方を特定し、特定された試料境界および１つもしくは複数のセグメント境界のうちの少なくとも一方を音響画像の確定の際に考慮する。 The imaging device according to the invention may be configured as a microscope and may comprise further units and modules known to those skilled in the art for operating the microscope.
The above problem is further solved by an imaging method in which a sample is excited to emit a pressure wave, the generated pressure wave is detected, and an acoustic image is determined based on the detected pressure wave. In this method, optical imaging of the sample is further performed, and at least one of the sample boundary and one segment boundary (or a plurality of segment boundaries) inside the sample is identified based on the optical imaging of the sample, At least one of the identified sample boundary and one or more segment boundaries is considered when determining the acoustic image.

本発明による撮影装置（既述の発展構成を含む）に関して説明される工程が実施されるように、本発明による撮影方法を発展させることができる。また、本発明による撮影方法（発展構成を含む）に関して説明される工程が実施可能となるように、本発明による撮影装置を発展させることができる。   The imaging method according to the present invention can be developed so that the steps described with respect to the imaging device according to the present invention (including the above-described advanced configuration) are carried out. In addition, the photographing apparatus according to the present invention can be developed so that the steps described regarding the photographing method (including the development configuration) according to the present invention can be performed.

なお、上述の特徴および以下でこれから説明される特徴は、提示された組み合わせに限らず、本発明の枠内で他の組み合わせにおいても、または単独でも適用可能である。
以下では本発明を例示的に、これらもまた本発明の基本的な特徴を開示するものである添付図面を用いてより詳細に説明する。 Note that the above-described features and the features to be described below are not limited to the presented combinations, and can be applied to other combinations or alone within the scope of the present invention.
The invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawings, which also disclose the basic features of the invention.

本発明による撮影装置の第１の実施形態の概略図。1 is a schematic diagram of a first embodiment of a photographing apparatus according to the present invention. 図１の対物レンズ４の試料側端部の拡大断面図。The expanded sectional view of the sample side edge part of the objective lens 4 of FIG. 図１および図２の対物レンズ４の底面図。The bottom view of the objective lens 4 of FIG. 1 and FIG. 本発明による撮影装置の別の実施形態の概略断面図。The schematic sectional drawing of another embodiment of the imaging device by this invention. 本発明による撮影装置の別の実施形態の断面図。Sectional drawing of another embodiment of the imaging device by this invention. 本発明による撮影装置の別の実施形態の概略図。Schematic of another embodiment of the imaging device according to the present invention.

図１に示された実施形態では、本発明による撮影装置１が顕微鏡として構成されており、試料３を照明するための照明モジュール２と、試料３を結像するための、対物レンズ４を備えた結像モジュール５とを含んでいる。   In the embodiment shown in FIG. 1, the photographing apparatus 1 according to the present invention is configured as a microscope, and includes an illumination module 2 for illuminating the sample 3 and an objective lens 4 for imaging the sample 3. The imaging module 5 is included.

対物レンズ４は液浸対物レンズとして構成されている。したがって、図１の概略図では、カバー・ガラス６とスライド・ガラス７との間に位置する試料３の他に、液浸媒体８がカバー・ガラス６と対物レンズ４のカバー・ガラス６に対向する端部との間に示されている。   The objective lens 4 is configured as an immersion objective lens. Therefore, in the schematic diagram of FIG. 1, the immersion medium 8 faces the cover glass 6 and the cover glass 6 of the objective lens 4 in addition to the sample 3 located between the cover glass 6 and the slide glass 7. It is shown between the end to do.

また、顕微鏡１は、カバー・ガラス６または試料３に対向する対物レンズ４の端部に配置されたリング状の圧力センサ９と、制御モジュール１０と、出力ユニット１１とを含んでいる。   Further, the microscope 1 includes a ring-shaped pressure sensor 9 arranged at the end of the objective lens 4 facing the cover glass 6 or the sample 3, a control module 10, and an output unit 11.

制御モジュール１０を用いて照明モジュール２を制御することにより、照明モジュール２に含まれる偏向ユニット１２と対物レンズ４とを介して試料３内に（例えば焦点として）集束されてこの試料内で動かされる、例えば３００ｎｍ〜３μｍの範囲のパルス状の電磁放射線（以下、励起放射線とも呼ぶ）を生成することができる。その際に導入されるエネルギーの一部は、試料３内の組織によって吸収され、その結果、局部加熱およびそれに続く熱弾性膨張が生じることによって、圧力波または音波が生じる。   By controlling the illumination module 2 using the control module 10, the light is focused in the sample 3 (for example, as a focal point) via the deflection unit 12 and the objective lens 4 included in the illumination module 2 and moved in the sample. For example, pulsed electromagnetic radiation (hereinafter also referred to as excitation radiation) in the range of 300 nm to 3 μm can be generated. A part of the energy introduced at this time is absorbed by the tissue in the sample 3, and as a result, a local wave and subsequent thermoelastic expansion occur, thereby generating a pressure wave or a sound wave.

例えば試料３が生体試料である場合、この音波が試料を通って伝播する際にごく僅かにしか散乱しないので、この音波を局所分解画像の生成に使用することができる。その際、画像作成時の、例えば１ｍｍを超えるような大きい侵入深さが可能である。音波の検出には、リング状の圧力センサ９が使用される。   For example, if the sample 3 is a biological sample, the sound wave is scattered only slightly when propagating through the sample, so that the sound wave can be used to generate a locally resolved image. At that time, a large penetration depth exceeding 1 mm, for example, at the time of image creation is possible. A ring-shaped pressure sensor 9 is used for detecting sound waves.

図２において対物レンズ４の試料側端部の拡大断面図から明らかであるように、対物レンズ４は鏡筒１３を含んでおり、この鏡筒内に複数のレンズ１４と試料側の前部レンズ１５とが配置されている。前部レンズ１５は、試料にパルス状の励起放射線を当てるために、および対物レンズを介した試料３の従来の光学的結像のために使用される、光学的に利用される中央領域１６を画定する。対物レンズ４の正面側端部にはリング状の圧力センサ９が配置されており、圧力センサ９の内径および位置は、対物レンズ４の光軸１７の方向に見て、圧力センサ９が光学的に利用される中央領域１６を覆わないように選定されている。超音波センサとも呼ぶことができる圧力センサ９は圧電セラミックから構成されていてもよく、それによって音波の正確な検出が可能となる。対物レンズ４の正面側端部における圧力センサ９の配置によって、顕微鏡１の運用中に圧力センサ９が液浸媒体８と接触した状態になるので、圧力センサ９に対する試料３の良好な音響結合がもたらされる。   As is apparent from the enlarged cross-sectional view of the sample side end of the objective lens 4 in FIG. 2, the objective lens 4 includes a lens barrel 13, and a plurality of lenses 14 and a front lens on the sample side are included in the lens barrel. 15 are arranged. The front lens 15 has an optically utilized central region 16 that is used to irradiate the sample with pulsed excitation radiation and for conventional optical imaging of the sample 3 through the objective lens. Define. A ring-shaped pressure sensor 9 is disposed at the front side end of the objective lens 4. The inner diameter and position of the pressure sensor 9 are viewed in the direction of the optical axis 17 of the objective lens 4. Is selected so as not to cover the central region 16 used for The pressure sensor 9, which can also be called an ultrasonic sensor, may be composed of a piezoelectric ceramic, thereby enabling accurate detection of sound waves. Since the pressure sensor 9 is in contact with the immersion medium 8 during operation of the microscope 1 due to the arrangement of the pressure sensor 9 at the front end of the objective lens 4, the sample 3 can be satisfactorily coupled to the pressure sensor 9. Brought about.

図１に概略的に示されているように、圧力センサ９は制御モジュール１０と接続されている。制御モジュール１０は圧力センサ９の測定データに基づいて画像データを生成することができ、それによって光音響画像作成が実現される。画像データは、例えば出力ユニット１１を介して表示することができる。   As schematically shown in FIG. 1, the pressure sensor 9 is connected to a control module 10. The control module 10 can generate image data based on the measurement data of the pressure sensor 9, thereby realizing photoacoustic image creation. The image data can be displayed, for example, via the output unit 11.

対物レンズ４の機能は圧力センサ９の本発明による配置によって制限されないので、対物レンズ４を用いて従来の光学顕微鏡法を実施することが引き続き可能である。この対物レンズ４を、プレビュー・コントラスト画像、蛍光コントラスト画像等の撮影に使用することができる。   Since the function of the objective lens 4 is not limited by the arrangement of the pressure sensor 9 according to the invention, it is still possible to carry out conventional optical microscopy using the objective lens 4. The objective lens 4 can be used for photographing a preview / contrast image, a fluorescence contrast image, or the like.

また、液浸対物レンズ４の高開口数を利用して、圧力波を励起するために試料３内に励起放射線の微小な焦点を生成することができる。したがって、パルス状の励起放射線（例えば、ナノ秒パルスのレーザ放射線）による試料３の局所励起が可能となり、それによって、光音響画像作成モードにおいて高い空間分解能が達成される。圧力波を生成する励起放射線（特にレーザ放射線）は、光軸１７に対して垂直な平面内で試料３を走査することができる。これは例えば、レーザ走査顕微鏡の場合に通常そうであるように、対物レンズ４の瞳に配置された偏向ユニット１２の走査ミラー（不図示）によって実現することができる。追加的に、励起放射線の焦点面を適宜設定することによって、パルス状の励起放射線が光軸１７の方向に試料３を走査するようにしてもよい。もちろん、代替的または追加的に、試料３を適宜移動させてもよい。   In addition, by using the high numerical aperture of the immersion objective lens 4, it is possible to generate a minute focus of excitation radiation in the sample 3 in order to excite the pressure wave. Accordingly, local excitation of the sample 3 by pulsed excitation radiation (for example, nanosecond pulse laser radiation) is possible, thereby achieving high spatial resolution in the photoacoustic imaging mode. Excitation radiation that generates pressure waves (especially laser radiation) can scan the sample 3 in a plane perpendicular to the optical axis 17. This can be realized, for example, by a scanning mirror (not shown) of the deflection unit 12 arranged at the pupil of the objective lens 4 as is usually the case with laser scanning microscopes. In addition, the sample 3 may be scanned with the pulsed excitation radiation in the direction of the optical axis 17 by appropriately setting the focal plane of the excitation radiation. Of course, alternatively or additionally, the sample 3 may be moved appropriately.

鏡筒１３の正面側端部におけるリング状の圧力センサ９の本発明による配置によって、既存の顕微鏡システムとの互換性がもたらされる。本発明による対物レンズを既存の顕微鏡システムに適用するだけでよい。   The arrangement according to the invention of the ring-shaped pressure sensor 9 at the front end of the lens barrel 13 provides compatibility with existing microscope systems. The objective lens according to the present invention need only be applied to existing microscope systems.

既に説明したように、制御モジュール１０は圧力センサ９の測定データに基づいて音響画像データを生成することができる。
生成された音響画像データには、例えば試料３と試料３を包囲する媒体８との間の境界における検出対象の圧力波または音波の屈折に起因するアーチファクトが含まれていることがある。また、例えば組織種類の相違による試料３内部の不均質性を原因として、音響画像においてアーチファクトが生じ得る。このように、例えば、骨組織、肺組織、および脳組織における音速は著しく異なっており、これが一般的に組織境界における音波の屈折および反射の原因となる。 As already described, the control module 10 can generate acoustic image data based on the measurement data of the pressure sensor 9.
The generated acoustic image data may include, for example, artifacts caused by refraction of the pressure wave or sound wave to be detected at the boundary between the sample 3 and the medium 8 surrounding the sample 3. In addition, for example, artifacts may occur in the acoustic image due to inhomogeneities inside the sample 3 due to differences in tissue types. Thus, for example, the speed of sound in bone tissue, lung tissue, and brain tissue is significantly different, which generally causes sound wave refraction and reflection at the tissue boundary.

そこで、本発明による撮影装置１では、追加的に試料の光学的結像が実施される。試料の光学的結像に基づいて、制御モジュール１０は試料境界および試料内部の１つのセグメント境界（もしくは複数のセグメント境界）のうちの少なくとも一方を確定する。「セグメント境界」は、ここでは特に、試料内部の基本的に一定である音響特性が変化する境界を意味する。この光学的に特定された試料境界およびセグメント境界のうちの少なくとも一方が、圧力センサ９のデータに基づく音響画像の確定の際に制御モジュールによって考慮される。このように、例えば制御モジュール１０は、試料境界およびセグメント境界のうちの少なくとも一方に関する情報を、音響画像決定または画像再構成の際にパラメータおよび境界条件のうちの少なくとも一方として利用することができる。例えば、使用する音響伝搬モデルにおいて音響画像を再構成するためにこれらの境界を考慮することができる。   Therefore, in the imaging apparatus 1 according to the present invention, optical imaging of the sample is additionally performed. Based on the optical imaging of the sample, the control module 10 determines at least one of the sample boundary and one segment boundary (or multiple segment boundaries) within the sample. “Segment boundary” here means in particular the boundary where the acoustic properties which are essentially constant inside the sample change. At least one of the optically specified sample boundary and segment boundary is taken into account by the control module in determining the acoustic image based on the pressure sensor 9 data. Thus, for example, the control module 10 can use the information regarding at least one of the sample boundary and the segment boundary as at least one of the parameter and the boundary condition in the acoustic image determination or the image reconstruction. For example, these boundaries can be considered to reconstruct the acoustic image in the acoustic propagation model used.

したがって、本発明によれば、少なくともほぼ一定な音響インピーダンスを有する１つの領域または複数の領域が光学画像から導出されると言える。特定の領域における音響インピーダンスの具体的な値を音響画像から直接的に導出できない場合は、経験値またはその他の妥当な値を使用してもよい。これらの値は、制御モジュール１０に含まれるか、または制御モジュール１０がアクセス可能なデータバンク内に保存することができる。これらの保存された値は、例えば、各試料セグメントまたは試料領域の形状および面積のうちの少なくとも一方に基づいて、制御モジュール１０によって自動的に選択されてもよい。それからこれを音響画像再構成の際に考慮することによって、音響画像におけるアーチファクトが低減される。   Therefore, according to the present invention, it can be said that one region or a plurality of regions having at least a substantially constant acoustic impedance is derived from the optical image. Empirical values or other reasonable values may be used if specific values of acoustic impedance in a particular region cannot be derived directly from the acoustic image. These values can be included in the control module 10 or stored in a data bank accessible to the control module 10. These stored values may be automatically selected by the control module 10 based on, for example, at least one of the shape and area of each sample segment or sample region. Then, by taking this into account during acoustic image reconstruction, artifacts in the acoustic image are reduced.

試料の光学的結像は、実に様々な方法で実施することができる。前述のように、光学的結像を音響検出用の装置内で実施してもよい。しかしまた、これを個別の装置内で実施してもよい。   Optical imaging of the sample can be performed in a variety of ways. As described above, optical imaging may be performed in an apparatus for acoustic detection. However, this may also be performed in a separate device.

光学的画像作成技術として、例えば、透過光顕微鏡法、入射光顕微鏡法、光学投影断層撮影法、および光学的断面撮影のための光シート照明を用いた顕微鏡法のうちの少なくとも一つを適用することができる。また、例えば、位相コントラスト、蛍光コントラスト、および吸収コントラストのうちの少なくとも一つを利用することができる。試料の光学的撮影は、２次元の撮影または３次元の撮影であってもよい。３次元の撮影を行うには、複数回の光学的撮影を実施してもよい。このために、例えば、試料および撮影装置１のうちの少なくとも一方自体を、各回の撮影の間に回転させることができる。   As an optical image creation technique, for example, at least one of transmission light microscopy, incident light microscopy, optical projection tomography, and microscopy using light sheet illumination for optical cross-sectional imaging is applied. be able to. Further, for example, at least one of phase contrast, fluorescence contrast, and absorption contrast can be used. Optical imaging of the sample may be two-dimensional imaging or three-dimensional imaging. In order to perform three-dimensional imaging, a plurality of optical imaging may be performed. For this purpose, for example, at least one of the sample and the imaging device 1 itself can be rotated during each imaging.

試料の光学的結像は、単一の波長、複数の波長を用いた照明、または波長帯の照明のもとで実施してもよい。
ここで説明されている音響検出の方法の他に、当業者に知られているさらなる音響検出も可能である。 Optical imaging of the sample may be performed under a single wavelength, illumination using multiple wavelengths, or illumination in a wavelength band.
In addition to the method of acoustic detection described herein, further acoustic detection known to those skilled in the art is possible.

図３には対物レンズ４の正面側端部の底面図が示されている。この図から再び明らかであるように、圧力センサ９は前部レンズ１５を覆わずに包囲しており、したがって、前部レンズ１５の光学的に利用される中央領域１６も覆っていない。   FIG. 3 shows a bottom view of the front end portion of the objective lens 4. As is apparent again from this figure, the pressure sensor 9 surrounds the front lens 15 without covering it, and therefore does not cover the optically utilized central region 16 of the front lens 15.

圧力センサ９には、清浄度を高めるための、または保護のための保護被覆が設けられていてもよい。その際、保護被覆はプラスチック被覆であってもよい。
また、圧力センサ９を鏡筒１３に直接的には固定せずに、圧力センサ９と鏡筒１３との間に減衰体（不図示）を配置してもよい。それにより、音波反射を防止するために、鏡筒１３から圧力センサ９を背面側で切り離すことを実現できる。 The pressure sensor 9 may be provided with a protective coating for increasing cleanliness or for protection. In that case, the protective coating may be a plastic coating.
Further, an attenuation body (not shown) may be arranged between the pressure sensor 9 and the lens barrel 13 without directly fixing the pressure sensor 9 to the lens barrel 13. Thereby, in order to prevent sound wave reflection, it is realizable to isolate | separate the pressure sensor 9 from the lens-barrel 13 by the back side.

図１には、制御モジュール１０から圧力センサ９への別個の接続が概略的に示されている。もちろん、例えば電気的接触の際には、電気接点が対物レンズ・フランジに配置されるように、対物レンズ４が構成されていてもよい。   In FIG. 1, a separate connection from the control module 10 to the pressure sensor 9 is schematically shown. Of course, the objective lens 4 may be configured such that, for example, in electrical contact, the electrical contact is disposed on the objective lens flange.

図１に示された本発明による顕微鏡の構造は、例示に過ぎないものと解釈すべきである。図１に示された入射光構造以外に、もちろんその他の変型も可能である。したがって、この顕微鏡は、対物レンズ４が試料３の下方に配置される倒立顕微鏡として構成されていてもよい。   The structure of the microscope according to the invention shown in FIG. 1 should be construed as illustrative only. Of course, other variations are possible in addition to the incident light structure shown in FIG. Therefore, this microscope may be configured as an inverted microscope in which the objective lens 4 is disposed below the sample 3.

また、図４に概略的に示されているように、水が張られた試料室２０を対物レンズ４が側方から見ることも可能である。この実施形態では、鏡筒１３と試料室２０との間が、例えば概略的に示されたＯリング２１によって封止を実現される。さらに、対物レンズ４を介した既述の照明の他、任意的な照明モジュール２２（破線で示す）を用いた透過光照明、および別の任意的な照明モジュール２３（破線で示す）を用いた側方からの光シート照明のうちの少なくとも一方を実施することができる。これらの可能な照明が、矢印Ｐ１およびＰ２で示唆されている。   Further, as schematically shown in FIG. 4, the objective lens 4 can also see the sample chamber 20 filled with water from the side. In this embodiment, sealing between the lens barrel 13 and the sample chamber 20 is realized by, for example, an O-ring 21 schematically shown. Furthermore, in addition to the above-described illumination via the objective lens 4, transmitted light illumination using an optional illumination module 22 (shown by a broken line) and another optional illumination module 23 (shown by a broken line) were used. At least one of the light sheet illuminations from the side can be implemented. These possible illuminations are suggested by arrows P1 and P2.

図５には図４の実施形態の変形例が示されている。この変形例では、リング状の圧力センサ９が鏡筒１３にもはや直接的に固定されておらず、対物レンズ４に対向する試料室壁部２２に固定されている。その際、圧力センサ９はここでも、光軸１７の方向に見て、前部レンズ１５の光学的に利用される中央領域１６を覆わないように配置されている。また、望ましい良好な音響結合を実現するために、圧力センサ９が試料室２０内の水または試料室２０内のその他の媒体と接触するように、圧力センサ９が試料室壁部２２に配置されている。   FIG. 5 shows a modification of the embodiment of FIG. In this modification, the ring-shaped pressure sensor 9 is no longer directly fixed to the lens barrel 13 but is fixed to the sample chamber wall 22 facing the objective lens 4. In this case, the pressure sensor 9 is again arranged so as not to cover the optically utilized central region 16 of the front lens 15 when viewed in the direction of the optical axis 17. Further, in order to achieve a desirable and good acoustic coupling, the pressure sensor 9 is arranged on the sample chamber wall 22 so that the pressure sensor 9 is in contact with water in the sample chamber 20 or other medium in the sample chamber 20. ing.

図６には本発明による撮影装置１の別の実施形態が示されており、本実施形態では、両矢印Ｐ３で示唆されているように、本発明による撮影装置１が試料３を光学的に結像するための光学モジュール２４を備えている。光学モジュール２４は、例えば照明モジュールと結像モジュールとを含んでいてもよい。   FIG. 6 shows another embodiment of the photographing apparatus 1 according to the present invention. In this embodiment, the photographing apparatus 1 according to the present invention optically samples the sample 3 as indicated by a double arrow P3. An optical module 24 for imaging is provided. The optical module 24 may include, for example, an illumination module and an imaging module.

また、撮影装置１は、制御モジュール１０によって制御される保持装置２５を含んでいる。制御モジュール１０は、光学モジュール２４と圧力センサ９とも接続されている。矢印Ｐ４によって示唆されているように、圧力波は圧力センサ９を用いて検出される。   The photographing apparatus 1 includes a holding device 25 that is controlled by the control module 10. The control module 10 is also connected to the optical module 24 and the pressure sensor 9. The pressure wave is detected using the pressure sensor 9 as suggested by the arrow P4.

所望の光学的撮影および音響的撮影のうちの少なくとも一方を実施するために、保持装置２５を用いて試料３を回転させることができる。
また、概略的に図示されたコンピュータ・マウスによって示唆されているように、さらに任意的な入力ユニット２６が設けられていてもよい。この入力ユニットを介して、制御モジュール１０への入力を行うことができる。 The sample 3 can be rotated using the holding device 25 in order to perform at least one of the desired optical imaging and acoustic imaging.
An optional input unit 26 may also be provided, as suggested by the computer mouse shown schematically. Input to the control module 10 can be performed via this input unit.

これまでに説明した実施形態では、音波の励起が常に光学的に実施されていた。しかし、圧力センサ９を音波生成に使用することも可能である。この種の検出の際には、圧力センサ９が所定の時間にわたって試料３内に音波を送信し、試料３から戻ってくる音波応答を検出するように、制御モジュール１０が圧力センサ９を制御する。超音波の周波数は、例えば２０ＭＨｚ以上である。   In the embodiments described so far, excitation of sound waves has always been performed optically. However, the pressure sensor 9 can also be used for sound wave generation. In this type of detection, the control module 10 controls the pressure sensor 9 so that the pressure sensor 9 transmits a sound wave into the sample 3 for a predetermined time and detects a sound wave response returning from the sample 3. . The frequency of the ultrasonic wave is 20 MHz or more, for example.

既に説明したように、圧力センサ９は圧電セラミックから構成されていてもよい。したがって、圧電効果を利用して、圧力検出のために音響エネルギーを電気信号に変換することができる。圧力センサ９を音源として使用する場合は、圧電効果を利用して電気信号を圧力信号に変換することもできる。   As already described, the pressure sensor 9 may be composed of a piezoelectric ceramic. Therefore, acoustic energy can be converted into an electrical signal for pressure detection using the piezoelectric effect. When the pressure sensor 9 is used as a sound source, an electrical signal can also be converted into a pressure signal using the piezoelectric effect.

この種の圧力検出以外にも、その他の考えられるあらゆる圧力検出の方法が可能である。したがって、例えば超音波を光学的に検出するためのファイバー・ブラッグ・センサまたは導波構造を使用することができる。この場合、センサは光学的に検出可能な圧力依存の特性を有しており、これが光学的に検出される。圧力センサは、共振圧力センサおよび広帯域圧力センサのうちの少なくとも一方として設計されていてもよい。   In addition to this type of pressure detection, all other possible pressure detection methods are possible. Thus, for example, a fiber Bragg sensor or waveguide structure for optically detecting ultrasound can be used. In this case, the sensor has an optically detectable pressure-dependent characteristic, which is optically detected. The pressure sensor may be designed as at least one of a resonant pressure sensor and a broadband pressure sensor.

本発明による顕微鏡１は、検出対象の圧力波の励起が光学的に、および音波のうちの少なくとも一方によって可能となるように構成されていてもよい。   The microscope 1 according to the present invention may be configured such that the pressure wave to be detected can be excited optically and / or by at least one of sound waves.

Claims (7)

撮影装置であって、
圧力波を放出させるために試料（３）を励起する励起モジュール（２、１０；９、１０）と、
生成された該圧力波を検出するための音響モジュール（９、１０）と、
試料を光学的に結像するためのレンズであって、光学的画像が透過光顕微鏡法、入射光顕微鏡法、光学投影断層撮影法、または光学的断面撮影のための光シート照明を用いた顕微鏡法に基づいて生成される、前記レンズと、
該音響モジュール（９、１０）のデータに基づいて音響画像を確定する制御モジュール（１０）と
を備え、前記制御モジュール（１０）は、
試料の前記光学的画像を受信し、
試料の前記光学的画像に基づいて、試料内部の音響特性が変化する少なくとも１つのセグメント境界を特定し、
前記音響モジュールから測定データを受信し、ここで、前記測定データは、検出された圧力波に基づくものであり、
試料の音響伝搬モデルを使用して前記少なくとも１つのセグメント境界および前記測定データに基づいて音響画像を検出するように構成されている、撮影装置。 A photographing device,
An excitation module (2, 10; 9, 10) for exciting the sample (3) to emit a pressure wave;
An acoustic module (9, 10) for detecting the generated pressure wave;
A lens for optically imaging a sample, wherein the optical image is transmitted light microscopy, incident light microscopy, optical projection tomography, or a light-sheet illumination microscope for optical cross-section photography The lens generated based on the law;
A control module (10) for determining an acoustic image based on the data of the acoustic module (9, 10), and the control module (10)
Receiving the optical image of the sample;
Based on the optical image of the sample, identifying at least one segment boundary where the acoustic properties within the sample vary;
Receiving measurement data from the acoustic module, wherein the measurement data is based on detected pressure waves;
An imaging device configured to detect an acoustic image based on the at least one segment boundary and the measurement data using an acoustic propagation model of a sample . 前記制御モジュール（１０）が、２次元の光学的撮影に基づいて前記少なくとも１つのセグメント境界を特定する、請求項１に記載の撮影装置。 It said control module (10), identifying the at least one segment boundaries on the basis of the two-dimensional optical imaging, imaging apparatus according to claim 1. 前記制御モジュール（１０）が、３次元の光学的撮影に基づいて前記少なくとも１つのセグメント境界を特定する、請求項１に記載の撮影装置。 It said control module (10), identifying the at least one segment boundaries based on the three-dimensional optical imaging, imaging apparatus according to claim 1. 前記レンズが液浸対物レンズとして構成されている、請求項１に記載の撮影装置。 Before sharp emission's are configured as an immersion objective lens, imaging device according to claim 1. 圧力波を生成するために前記試料（３）に電磁放射線を当てるように前記励起モジュール（２、１０）が構成されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮影装置。 Said pumping modules (2, 10) to direct the electromagnetic radiation to the sample (3) in order to generate a pressure wave is constructed, imaging apparatus according to any one of claims 1 to 4. 前記音響モジュールの圧力センサ（９）が、前記励起モジュールの一部であり、かつ前記試料（３）に向けられた音波を生成するために使用され、前記音響モジュールは生成された音波を検出するように更に構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮影装置。 A pressure sensor (9) of the acoustic module is part of the excitation module and is used to generate a sound wave directed to the sample (3), the acoustic module detects the generated sound wave It is further configured to, imaging apparatus according to any one of claims 1 to 5. 撮影方法であって、
照明装置により試料を励起して圧力波を放出させるステップと、
音響モジュールが、生成された前記圧力波を検出するステップと、
レンズにより試料を光学的に結像するステップと、ここで、光学的画像が透過光顕微鏡法、入射光顕微鏡法、光学投影断層撮影法、または光学的断面撮影のための光シート照明を用いた顕微鏡法に基づいて生成され、
制御モジュールが、試料の前記光学的画像に基づいて、試料内部の音響特性が変化する少なくとも１つのセグメント境界を特定するステップと、
前記制御モジュールが、前記音響モジュールから測定データを受信するステップと、ここで、前記測定データは、検出された圧力波に基づくものであり、
前記制御モジュールが、試料の音響伝搬モデルを使用して前記少なくとも１つのセグメント境界および前記測定データに基づいて音響画像を検出するステップと
を含む撮影方法。 A shooting method,
Exciting the sample with an illuminator to emit pressure waves ;
And step sound module, to detect the generated said pressure wave,
Optically imaging the sample with a lens, where the optical image used transmitted light microscopy, incident light microscopy, optical projection tomography, or light sheet illumination for optical cross-sectional imaging Generated based on microscopy,
A control module identifying, based on the optical image of the sample, at least one segment boundary where an acoustic characteristic within the sample varies;
The control module receiving measurement data from the acoustic module, wherein the measurement data is based on a detected pressure wave;
The control module detects an acoustic image based on the at least one segment boundary and the measurement data using an acoustic propagation model of a sample;
Including shooting method.
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